#06 

钙钛矿量子线

本期内容来源：Qianpeng Zhang et al. ,Pixelation of perovskite quantum wire thin films with 0.18-μm features and 63,500-ppi pixel density.Sci. Adv.11,eadu3840(2025).

在过去十年中，钙钛矿光电器件的发展令人极为振奋。光伏、光电探测器 、发光二极管 (LED) 等各种类型的过氧化物器件在性能方面取得了众多突破。然而，这些研究主要集中在提高单个器件的性能上。与传统半导体器件相比，利用卤化物钙钛矿实现大规模器件集成仍存在巨大差距。钙钛矿光电器件大规模、高密度集成的一个核心障碍是钙钛矿材料与湿法光刻工艺不兼容。以微型 LED 研究为例，氮化镓微型 LED 的像素尺寸可小至 3 μm，而钙钛矿体材料的像素尺寸仍局限在 10 μm 以下。钙钛矿体材料的离子性质使其很容易溶于普通极性溶剂，而且高强度紫外线（UV）也对钙钛矿体材料有害。即使采用一些间接光刻技术，实现更小的像素尺寸仍然是一项挑战。

钙钛矿材料结构示意

与量子点材料不同，量子线是一种狭窄的结构，电子传输发生在数量有限的横向模式中，通常能量低于费米能。这些量子线可用作电子波导，并已应用于高速激光等领域。通过将钙钛矿材料嵌入多孔氧化铝膜（PAMs）中可以产生具有高稳定性和高光致发光量子产率（PLQY）的量子线，以此为基础，可进一步开发独特的超高密度像素化策略。

既然钙钛矿量子线在开发独特的超高密度像素化技术具有一系列优势，那如何利用该技术呢？

研究人员采用了一系列关键技术来实现目标。首先是自对准近空间升华（self-aligned close-spaced sublimation，sa-CSS）技术，结合多孔氧化铝膜模板，实现了钙钛矿量子线的选择性生长。同时，引入电子束光刻（Electron Beam Lithography，EBL）和反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，RIE）等高精度光刻技术，对钙钛矿量子线进行像素化图案加工。此外，通过原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）精确调控 PAM 的孔径，进而控制量子线的直径和能带结构，实现了红、绿、蓝三基色的精准调控。

在实现高像素密度的研究中，技术人员在光刻胶中加入了钙钛矿量子点前驱体，实现了每英寸 2450 像素（ppi）的最大像素密度，相应的间距为 10 μm。此外，技术人员还利用可编程混合电流体动力印刷技术，实现了 1 μm 的光致发光像素特征尺寸。根据 技术人员的总结，利用光刻、电子束/激光烧蚀、喷墨打印/电子喷射、热蒸发和转印实现的钙钛矿最小图案尺寸分别为 5 μm、0.5 μm、1 μm、20 μm 和 400 nm。尽管取得了这些进步，但仍然迫切需要一种革命性的像素化策略，以实现更高的像素密度，用于下一代高质量微显示屏。

香港科技大学智勇&复旦大学吕华良、Xiaoliang Mo、Qianpeng Zhang团队采用第一部分提到的钙钛矿量子线薄膜材料，实现了迄今为止所报道的最小像素化钙钛矿阵列，最小像素尺寸为 0.18 μm，同时用圆形图案的方形阵列也达到了约 63,500 ppi 的最高显示密度。此外，超高密度像素化最直接的应用是将色彩转换薄膜用于全彩微型显示器。

尽管目前在超小尺寸像素的直接光学观测方面仍存在技术挑战，但随着设备和工艺的进一步优化，钙钛矿量子线有望在下一代光电子器件中占据核心地位，引领微纳光学与显示技术的革命。

*更多技术进展见全文

全文：